[发明专利]相变合金材料的无损刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种相变合金材料的无损刻蚀方法。

背景技术

相变存储器是一种新型的非易失性数据存储器件，利用相变合金材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性或光学特性差异来数据存储。相变存储器具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、器件尺寸小、功耗低和制造工艺简单等优点，可取代多种传统的存储器，并广泛应用于移动通讯、移动数据终端、移动多媒体等消费类电子等领域。

应用于相变存储器中的相变合金材料通常是硫系化合物，如锗-锑-碲，硅-锑-碲等合金。目前业界广泛是通过刻蚀工艺将相变合金材料进行图形定义，并整合在相变存储器的制作中。由于相变合金材料不是传统半导体工艺中的常见材料，因此，在通过刻蚀工艺进行图形定义时面临了很多新的问题。

在相变合金材料等离子刻蚀工艺中，氯气或碳的氟化物通常作为主刻蚀气体。由于在刻蚀过程中卤素与相变合金材料之间发生的化学反应，相变合金材料侧壁会产生刻蚀损伤。在刻蚀过程中引入氮气或氧气会同样会导致材料表面成分发生漂移。随着工艺节点的不断缩小，相变合金材料的线宽也越来越小，由侧壁损伤对器件性能影响将越来越严重。

图1所示为采用氯气或碳的氟化物作为主刻蚀气体，进行刻蚀所得到的相变合金材料剖面示意图，包括半导体衬底110，依次布置于该半导体衬底110表面的相变合金材料图形112以及刻蚀阻挡层122。

图2a-图2b所示为采用氯气以及碳的氟化物刻蚀后相变合金材料的横截面透射电镜照片。从图中可以清晰的看到，由于在采用氯气或碳的氟化物为主刻蚀气体时所产生的侧向腐蚀作用，相变合金材料的侧壁表面粗糙，出现钻蚀及元素损失的现象。这些是实际工艺中所不希望得到的结果。

鉴于此，实有必要提供一种新的方法以克服上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变合金材料的无损刻蚀方法，用于解决现有技术中相变合金材料刻蚀中侧壁损伤的问题。能够避免对相变合金材料的侧向腐蚀及元素损失，从而获得具有清洁平整陡直侧壁的相变合金材料图形。

为了解决上述问题，本发明提供了一种相变合金材料的无损刻蚀方法，包括如下步骤: 提供一半导体衬底；

在该半导体衬底上形成相变合金材料层；

在所述相变合金材料层的上表面形成刻蚀阻挡层；

图形化所述刻蚀阻挡层，以使预设部分的相变合金材料层的表面暴露出来；

使暴露出来的相变合金材料层的表面浸没于含有溴化氢与氦气的刻蚀气体中；

将所述刻蚀气体激发成等离子体以刻蚀暴露出来的相变合金材料层至所述半导体衬底上。

作为可选的技术方案，所述相变合金材料包括锑碲化合物或锗碲化合物。

作为可选的技术方案，将所述刻蚀气体激发成等离子体时，反应室压力为1～100mT；离子体源功率为300～700瓦；偏置电压为250～400伏。

作为可选的技术方案，所述刻蚀阻挡层的材料为光刻胶、金属硬掩膜、介电质硬掩膜或其它多层掩膜等。

本发明的优点在于选取溴化氢作为刻蚀的主要化学反应气体，并采用氦气进行物理轰击，可以形成清洁、平整、陡直且无侧壁损伤的相变合金材料图形。

附图说明

附图1所示为现有采用氯气或碳的氟化物作为腐蚀气体，进行刻蚀后得到的相变合金材料构成的截面示意图。

附图2a-图2b所示为现有采用氯气与碳的氟化物作为腐蚀气体，进行刻蚀后得到的相变合金材料构成的剖面透射电镜照片。

附图3 所示为本发明提供的刻蚀相变合金材料的方法具体实施方式的实施步骤框图。

附图4所示为提供相变合金材料合金层，所述相变合金材料层布置于半导体衬底表面。

附图5所示为在相变合金材料层的表面覆盖刻蚀阻挡层。

附图6所示为图案化所述刻蚀阻挡层，以使预定部分的相变合金材料层的表面暴露出来。

附图7所示为本发明提供的刻蚀相变合金材料的方法具体实施方式的工艺流程图。

附图8所示为本发明提供的刻蚀相变合金材料的方法具体实施方式后得到的相变合金材料构成的截面示意图。

附图9所示为本发明提供的刻蚀相变合金材料的方法具体实施工艺后得到的剖面电镜照片。

元件标号说明

具体实施方式